Lasers para redução de peso

May 15, 2023

Atualmente, os OEMs automotivos em todo o mundo estão desesperados para reduzir o peso do veículo. A BMW não é exceção.

Por exemplo, a Série 5 2017 da montadora é 137 libras mais leve que o modelo anterior. Essa perda de peso é ainda mais impressionante, visto que o sedã 2017 é mais longo, mais largo, mais alto, mais rígido e mais forte que o modelo 2016.

A redução do peso do veículo exigiu uma engenharia inteligente e maior uso de aço de alta resistência, alumínio e magnésio. O Série 5 2016 já continha uma boa quantidade de alumínio, incluindo portas, capô e para-lamas dianteiros. O modelo 2017 usa ainda mais. Os engenheiros redesenharam a longarina traseira, consolidando 18 peças em uma única peça de alumínio fundido. Isso economizou 24 libras. Uma tampa do porta-malas de alumínio economizou mais 9. O porta-malas, a travessa do motor e o teto também são de alumínio.

A utilização estratégica de aços de alta e ultra-alta resistência no tejadilho, nas longarinas e na traseira conferem à carroçaria uma elevada resistência estrutural ao mesmo tempo que reduzem o peso. E a BMW usou magnésio para fundir o painel de instrumentos, tornando-o 4 libras mais leve que seu antecessor de aço.

Para montar esses materiais, as montadoras precisaram adotar uma variedade de novas tecnologias de junção, incluindo rebites autoperfurantes, parafusos de perfuração contínua, adesivos estruturais e, cada vez mais, soldagem a laser.

"Lasers são outra ferramenta na caixa de ferramentas para união de materiais", diz Nathan Harris, gerente da indústria automotiva da TRUMPF Inc. "Soldagem, fixadores, adesivos - todos eles têm seus pontos fortes e fracos. materiais juntando-se ao desafio enfrentado pelas montadoras hoje."

A BMW não é a única montadora que está aproveitando a soldagem a laser. A tecnologia está sendo usada em vários veículos, incluindo o Ford F-150, o Cadillac CT6, o Honda Accord e o MINI Cooper.

Onde os lasers estão sendo aplicados, em particular, é a montagem de portas de alumínio, esquadrias, capôs, tampas de porta-malas e outras peças que requerem uma superfície com acabamento Classe A. Para a Série 5, por exemplo, a BMW trocou a frisagem e a colagem das portas de alumínio do veículo para as partes externas de alumínio soldadas a laser e as partes internas de aço, cortando pelo menos 13 libras do carro.

Os lasers são vantajosos nessas aplicações porque os engenheiros podem controlar e concentrar cuidadosamente a energia direcionada à montagem. Juntas produzidas por soldagem a arco ou soldagem a ponto por resistência podem exigir retificação de acabamento; juntas produzidas por soldagem a laser precisam de pouco ou nenhum.

Outra vantagem da soldagem a laser é sua capacidade de produzir soldas de costura contínua, soldas paralelas e soldas em forma de C ou S. Isso pode resultar em soldas mais fortes e permitir que os engenheiros usem materiais mais finos em seus projetos. É especialmente útil para áreas de alta tensão onde a soldagem a ponto é tradicionalmente usada.

Por exemplo, os pontos a laser podem substituir a costura de solda a ponto de resistência usada para unir a estrutura superior do teto e o painel basculante inferior. Para os pilares A ou B, as costuras contínuas podem substituir os pontos e eliminar a necessidade de reforços adicionais.

"Para uma solda sobreposta, em vez de apenas uma linha reta passando pela junta, imagine fazer a solda com um padrão em zigue-zague ou em redemoinho", explica Harris. "Ou imagine fazer uma linha de pontos de solda, cada um com 5 milímetros de comprimento e espaçados como quiser. Acontece muito rápido."

Como o laser pode ser focalizado com tanta precisão, os engenheiros podem projetar flanges mais estreitos ou até mesmo eliminar completamente o flange. Para soldagem a ponto por resistência, um flange típico pode ter 20 milímetros de largura ou mais. Para soldagem a laser, o flange pode ser inferior a 10 milímetros, pois o feixe de laser é muito estreito e o processo só precisa de acesso a um lado da junta.

Os lasers também estão permitindo que as montadoras usem materiais mais leves em outras partes do veículo. Lasers estão sendo usados ​​para soldar filtros de combustível, barras de direção, sensores, módulos de controle e componentes do trem de força. Para veículos elétricos, os lasers estão soldando as caixas das baterias individuais, bem como os compartimentos onde as baterias são armazenadas.